一种光调制结构及其制备方法与流程

本发明涉及光学集成，具体涉及一种光调制结构及其制备方法。

背景技术：

1、硅光芯片中，例如在光通信和相控阵硅光芯片中，对光的调制是一个基本的功能结构。现在大量通信数据的需求及相控阵等硅光芯片中的快速扫描需求，都需要高速光调制的调制结构，同时希望兼具低功耗。现有技术中通常使用热调方式，在硅光芯片中的波导结构上制备发热结构(如金属电阻)，通过发热结构加电后发热并传导到波导结构上，从而改变波导结构中光的相位，从而达到调制的目的；或者使用压电调制，在硅光芯片中的波导结构上制备压电结构(如压电陶瓷)，通过压电结构加电后产生应力，发生形变并使波导结构产生应力而发生形变，从而改变波动结构中光的相位，从而达到调控的目的。

2、然而，热调方式会产生较大热量，速度较慢，功耗比较大，尤其对波导材料为热光系数较小的材料；压电调制功耗相对于热调方式降低，调制速度更快，但压电调制过程会使波导结构产生应力而发生形变，导致波导结构的稳定性差，除此之外，目前相应的波导调制结构的制备工艺与现有cmos工艺兼容性差而使波导结构无法得到量产。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中波导调制结构的稳定性差且制备工艺与现有cmos工艺兼容性差导致无法量产的缺陷，从而提供一种光调制结构及其制备方法。

2、本发明提供一种光调制结构，包括：第一波导，用于进行光传输；第二波导，由脊形复合波导结构构成，所述脊形复合波导结构的脊形部分由波导材料构成、所述脊形复合波导结构的平板区由具有电光效应的电光材料构成，用于当光从所述第一波导转换到所述第二波导时，在第二波导的平板区中进行电光调制；电极，用于在所述脊形复合波导结构的平板区形成电场。

3、可选的，所述第一波导通过渐变耦合结构、光栅结构、或者定向耦合器将所述第一波导中的光转换到所述第二波导中。

4、可选的，所述电极为金属电极，设置于所述平板区的下方，以使所述金属电极产生的电场集中在所述平板区。

5、可选的，所述电光材料为铌酸锂薄膜材料。

6、可选的，所述第一波导的材料与构成所述第二波导的脊形部分的波导材料相同或不同，所述波导材料为氮化硅。

7、可选的，所述第一波导为条形波导或脊形波导。

8、本发明还提供一种光调制结构的制备方法，包括：提供衬底；在下包层上形成第一波导，并形成覆盖层；在覆盖层上形成第二波导的脊形部分；制备电极；在覆盖层上形成所述第二波导的平板区；其中，第二波导由脊形复合波导结构构成，所述脊形复合波导结构的脊形部分由波导材料构成、所述脊形复合波导结构的平板区由具有电光效应的电光材料构成。

9、可选的，提供硅衬底；在硅衬底上形成二氧化硅下包层；在二氧化硅下包层上沉积第一波导材料层并图形化形成第一波导；在第一波导上沉积二氧化硅覆盖层；在二氧化硅覆盖层上沉积第二波导材料层并图形化形成第二波导的脊形部分；制备电极；在电极上方的区域键合第二波导的平板区。

10、可选的，键合第二波导的平板区的步骤具体为：将制备的铌酸锂薄膜键合到电极上方的区域，与第二波导的脊形部分共同形成第二波导。

11、可选的，在形成二氧化硅下包层之后、形成第一波导之前，还包括：对二氧化硅下包层进行平坦化；在沉积二氧化硅覆盖层之后、形成第二波导的脊形部分之前，还包括：对二氧化硅覆盖层进行平坦化。

12、本发明技术方案，具有如下优点：

13、本发明提供的一种光调制结构，利用常规硅光波导材料与电光材料组成复合材料脊形波导结构，当光从所述第一波导转换到复合材料脊形波导结构构成的第二波导时，在第二波导中实现基于电光效应的相位调制，由于第二波导的平板区为键合工艺的薄膜材料，不需要进行图形化，整块平板区薄膜材料覆盖在脊形波导脊形区上即可，避免了薄膜材料图形化与现有cmos工艺不兼容的问题，而另一方面，由于第一波导可以为任意采用常规工艺形成的波导(不限于条形波导或脊形波导等)，可以按照传统工艺进行图形化及其他相关工艺，与现有cmos工艺兼容。另外，在通过键合形成第二波导的复合材料脊形波导结构之后，不需要再进入cmos工艺线，从而克服了现有技术中制备工艺与现有cmos工艺兼容性差的缺陷。

技术特征：

1.一种光调制结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光调制结构，其特征在于，所述第一波导通过渐变耦合结构、光栅结构、或者定向耦合器将所述第一波导中的光转换到所述第二波导中。

3.根据权利要求1所述的光调制结构，其特征在于，所述电极为金属电极，设置于所述平板区的下方，以使所述金属电极产生的电场集中在所述平板区。

4.根据权利要求1所述的光调制结构，其特征在于，所述电光材料为铌酸锂薄膜材料。

5.根据权利要求1所述的光调制结构，其特征在于，所述第一波导的材料与构成所述第二波导的脊形部分的波导材料相同或不同，所述波导材料为氮化硅。

6.根据权利要求1所述的光调制结构，其特征在于，所述第一波导为条形波导或脊形波导。

7.一种光调制结构的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的光调制结构的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的光调制结构的制备方法，其特征在于，所述键合所述第二波导的平板区的步骤具体为：

10.根据权利要求8所述的光调制结构的制备方法，其特征在于，在所述形成二氧化硅下包层之后、形成第一波导之前，还包括：

技术总结
本发明提供一种光调制结构及其制备方法，光调制结构包括：第一波导，用于进行光传输；第二波导，由脊形复合波导结构构成，所述脊形复合波导结构的脊形部分由波导材料构成、所述脊形复合波导结构的平板区由具有电光效应的电光材料构成，用于当光从所述第一波导转换到所述第二波导时，在第二波导的平板区中进行电光调制；电极，用于在所述脊形复合波导结构的平板区形成电场。本发明提供的光调制结构稳定性好、损耗低且与现有的CMOS工艺兼容性好而易于量产。

技术研发人员：刘敬伟,张新群
受保护的技术使用者：国科光芯（海宁）科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22